JP2020179314A - Regenerant feeder and ultra-pure water production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、再生剤供給装置および超純水製造装置に関する。 The present invention relates to a regenerating agent supply device and an ultrapure water production device.
半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセスでは、半導体ウエハやガラス基板等の電子部品を洗浄する洗浄液として、不純物が高度に除去された超純水が用いられている。超純水は、一般に、原水(河川水、地下水、工業用水など)を、前処理システム、一次純水システム、および二次純水システム(サブシステム)で順次処理することにより製造されている。このような超純水製造装置では、使用される配管やポンプなどから金属成分が溶出し、それが超純水の水質を悪化させる要因になることが知られている。特に、近年では、半導体デバイスの高集積化・微細化に伴い、金属濃度がpg/Lレベルの超純水が求められており、金属成分の溶出量を可能な限り低減することが求められている。これに対し、金属成分の溶出による影響を最小限に抑えるための対策がいくつか提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
In the manufacturing process of semiconductor devices and liquid crystal devices, ultrapure water from which impurities are highly removed is used as a cleaning liquid for cleaning electronic components such as semiconductor wafers and glass substrates. Ultrapure water is generally produced by sequentially treating raw water (river water, groundwater, industrial water, etc.) with a pretreatment system, a primary pure water system, and a secondary pure water system (subsystem). In such an ultrapure water production apparatus, it is known that metal components are eluted from the pipes and pumps used, which causes deterioration of the water quality of the ultrapure water. In particular, in recent years, with the increasing integration and miniaturization of semiconductor devices, ultrapure water having a metal concentration of pg / L level has been required, and it has been required to reduce the elution amount of metal components as much as possible. There is. On the other hand, some measures for minimizing the influence of elution of metal components have been proposed (see, for example,
上述した一次純水システムやサブシステムの中には、内部にイオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔を備えたものがあり、さらに、イオン交換樹脂塔にイオン交換樹脂を再生する再生剤を供給する再生剤供給装置を備えたものもある。このような再生剤供給装置では、酸やアルカリなどの再生剤による金属成分の溶出を抑制するために、再生剤を貯留するタンクや再生剤を輸送する配管の内面にゴムライニングが施されているのが一般的である。しかしながら、それでも超純水の水質に金属成分の溶出による影響が現れることがあり、その原因については明確にわかっていないのが現状である。 Some of the primary pure water systems and subsystems described above are equipped with an ion exchange resin tower filled with an ion exchange resin, and a regenerator that regenerates the ion exchange resin is further added to the ion exchange resin tower. Some are equipped with a regenerator supply device to supply. In such a regenerating agent supply device, a rubber lining is provided on the inner surface of a tank for storing the regenerating agent and a pipe for transporting the regenerating agent in order to suppress elution of metal components due to the regenerating agent such as acid or alkali. Is common. However, even so, the water quality of ultrapure water may be affected by the elution of metal components, and the cause is not clearly understood at present.
そこで、本発明の目的は、金属成分の溶出による影響を最小限に抑えた再生剤供給装置および超純水製造装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a regenerator supply device and an ultrapure water production device that minimize the influence of elution of metal components.
上述した目的を達成するために、本発明の再生剤供給装置は、内部にカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔に、カチオン交換樹脂を再生する再生剤を供給するものであり、屋外に設置され、再生剤を貯留するタンクと、タンクとイオン交換樹脂塔を接続する配管と、タンクから配管を通じてイオン交換樹脂塔に供給される再生剤の温度を管理する温度管理機構と、を有している。 In order to achieve the above-mentioned object, the regenerating agent supply device of the present invention supplies a regenerating agent for regenerating a cation exchange resin to an ion exchange resin tower filled with a cation exchange resin, and outdoors. It has a tank that is installed and stores the regenerant, a pipe that connects the tank and the ion exchange resin tower, and a temperature control mechanism that controls the temperature of the regenerant supplied from the tank to the ion exchange resin tower through the pipe. ing.
また、本発明の超純水製造装置は、内部にカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔と、上記に記載の再生剤供給装置と、を有している。 Further, the ultrapure water production apparatus of the present invention includes an ion exchange resin tower in which a cation exchange resin is filled therein, and the regenerator supply apparatus described above.
このような再生剤供給装置および超純水製造装置によれば、再生剤の温度管理を行うことで、再生剤が高温になることで発生し得るタンクや配管からの金属成分の溶出を抑制することができる。 According to such a regenerating agent supply device and an ultrapure water production device, by controlling the temperature of the regenerating agent, it is possible to suppress the elution of metal components from the tank or piping that may occur due to the high temperature of the regenerating agent. be able to.
以上、本発明によれば、金属成分の溶出による影響を最小限に抑えることができる。 As described above, according to the present invention, the influence of elution of metal components can be minimized.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本明細書では、本発明の再生剤供給装置について、超純水製造装置においてイオン交換樹脂(カチオン交換樹脂)を再生するために用いられる場合を例に挙げて説明するが、半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセスにおいて洗浄液(酸)を供給する洗浄液供給装置としても好適に用いられる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification, the regenerant supply device of the present invention will be described by exemplifying a case where it is used for regenerating an ion exchange resin (cation exchange resin) in an ultrapure water production device, but a semiconductor device or a liquid crystal device. It is also suitably used as a cleaning liquid supply device that supplies a cleaning liquid (acid) in the manufacturing process of.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超純水製造装置の概略構成図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ultrapure water production apparatus according to a first embodiment of the present invention.
超純水製造装置1は、被処理水を順次処理して超純水を製造するものであり、内部にカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔2を有している。イオン交換樹脂塔2は、超純水製造装置1の一次純水システムまたは二次純水システム(サブシステム)を構成し、主に被処理水中の金属イオン(例えば、カルシウムイオン)を除去する機能を有している。なお、ここでは、一次純水システムまたはサブシステムを構成する他の装置(各種膜ろ過装置や紫外線酸化装置、電気式脱イオン水製造装置など)の図示は省略している。
The ultrapure
さらに、超純水製造装置1は、カチオン交換樹脂のイオン交換基が飽和してイオン交換樹脂塔2の処理性能が低下したときに、カチオン交換樹脂を再生する再生剤である酸(例えば、塩酸や硫酸など)をイオン交換樹脂塔2に供給する再生剤供給装置3を有している。再生剤供給装置3は、屋外に設置され、再生剤を貯留するタンク10と、タンク10とイオン交換樹脂塔2を接続する配管20とを有している。タンク10は、軽量かつ高強度で耐食性を有する材料、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)で形成され、その内面には、耐酸性を有する材料からなるライニングが施されている。配管20は、例えば塩化ビニル製であり、その内面には、タンク10と同様に、耐酸性の材料からなるライニングが施されている。ここで用いられるライニング材としては、天然硬質ゴムやブチルゴムなどが挙げられる。
Further, the ultrapure
ところで、特に外気温や直射日光の影響が大きい夏季には、屋外に設置されたタンク10の外面は高温になり、それに伴い、タンク10内部の再生剤も高温になることがある。また、配管20内部には再生剤が滞留しているが、そのような再生剤は、タンク10内部の再生剤に比べて液量が少ないため、外気温や直射日光の影響を受けやすく、より高温になる可能性がある。本実施形態では、このような外気の熱を遮断してタンク10および配管20の内部温度を適切に管理するために、タンク10および配管20にそれぞれ遮熱材13,23が設けられている。具体的には、タンク10は、内壁11と外壁12からなる二重壁構造を有し、その内壁11と外壁12との隙間に遮熱材13が配置されている。また、配管20も、内管21と外管22からなる二重管構造を有し、その内管21と外管22との隙間に遮熱材23が設けられている。遮熱材13,23の材料としては、耐酸性を有している点で、発泡ウレタンを用いることが好ましい。また、発泡ウレタンは、軽量で加工性に優れ、例えば、上記隙間に充填後、硬化させるだけで容易に設置することができる点でも好ましい。
By the way, especially in the summer when the influence of the outside air temperature and the direct sunlight is large, the outer surface of the
このような遮熱材13,23の設置は、再生剤の温度管理が適切に行われずに再生剤の温度が上昇すると、タンク10および配管20内面に施されたライニングからの金属成分の溶出量が増加してしまうという知見に基づくものである。以下、この知見を得るに至った実験結果について説明する。
In such installation of the
本発明者らは、再生剤の温度を変化させたときのライニング材からの金属成分の溶出量の変化を測定した。具体的には、小型のポリ瓶(ポリエチレン製ボトル)を用意し、その中にライニング材と1規定の塩酸を封入し、それらを常温(23℃)と高温(60℃)の環境下でそれぞれ20時間保管した後、取り出した塩酸に含まれる各種金属の濃度を測定した。ライニング材として天然硬質ゴムを用い、金属濃度の測定は、誘導結合プラズマ発光分析装置を用いて行った。 The present inventors measured the change in the amount of metal components eluted from the lining material when the temperature of the regenerating agent was changed. Specifically, a small plastic bottle (polyethylene bottle) is prepared, and a lining material and 1N hydrochloric acid are sealed in the bottle, and these are placed in an environment of normal temperature (23 ° C) and high temperature (60 ° C), respectively. After storage for 20 hours, the concentration of various metals contained in the removed hydrochloric acid was measured. Natural hard rubber was used as the lining material, and the metal concentration was measured using an inductively coupled plasma emission spectrometer.
図2は、各種金属濃度の測定結果を示すグラフであり、常温での各種金属濃度を100%としたときの高温での各種金属濃度の割合を示している。この図から明らかなように、測定したすべての金属において、常温に比べて高温での金属濃度が高くなることが確認された。このことは、ライニング材に接触する塩酸の温度が高くなると、ライニング材からの金属成分の溶出量が増加することを示している。 FIG. 2 is a graph showing the measurement results of various metal concentrations, and shows the ratio of various metal concentrations at high temperature when the various metal concentrations at room temperature are set to 100%. As is clear from this figure, it was confirmed that the metal concentration at high temperature was higher than that at room temperature in all the measured metals. This indicates that as the temperature of hydrochloric acid in contact with the lining material increases, the amount of metal components eluted from the lining material increases.
このような観点から、本実施形態では、上述したように、タンク10および配管20の内部をそれぞれ外部から熱的に遮断する遮熱材13,23が設けられている。遮熱材13,23は、タンク10から配管20を通じてイオン交換樹脂塔2に供給される再生剤の温度を管理する温度管理機構として機能し、再生剤が過度に高温にならないように再生剤の温度を適切に管理することができる。これにより、再生剤が高温になることで発生し得るタンク10や配管20の内面に施されたライニングからの金属成分の溶出を抑制して、超純水製造装置1で製造される超純水中の金属濃度を可能な限り低減することが可能になる。
From this point of view, as described above, in the present embodiment, the
本実施形態では、タンク10の二重壁構造の隙間および配管20の二重管構造の隙間にそれぞれ遮熱材13,23が配置されているが、遮熱材の設置方法はこれに限定されるものではない。例えば、遮熱材をタンクの外周を覆うように配置することもでき、配管の外周を覆うように配置することもできる。これにより、遮熱材を既設のタンクや配管に設置することが可能になり、既設の再生剤供給装置においても再生剤の温度管理を追加して実施することが可能になる。なお、このような既設の再生剤供給装置への設置が容易な点でも、遮熱材としては、上述したように発泡ウレタンを用いることが好ましい。
In the present embodiment, the
また、図示した例では、配管20のうち屋外に露出した部分に遮熱材23が設置されているが、配管20の全範囲にわたって遮熱材23が設置されていてもよい。例えば、イオン交換樹脂塔2が屋外に設置され、それに伴い、配管20も屋外に設置されている場合、配管20の全範囲にわたって遮熱材23が設置されていることが好ましい。
Further, in the illustrated example, the
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る再生剤供給装置におけるタンクの概略構成図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、再生剤供給装置におけるタンクの構成を変更した変形例である。したがって、以下では、本実施形態のタンクの構成のみ説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a tank in the regenerator supply device according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the first embodiment, and is a modification in which the configuration of the tank in the regenerator supply device is changed. Therefore, in the following, only the configuration of the tank of the present embodiment will be described.
本実施形態では、タンク10内部の再生剤の温度を管理する温度管理機構として、タンク10の内壁11と外壁12との間に空気を流通させる空気流通手段30が設けられている。空気流通手段30は、タンク10の下部に設けられた空気入口31と、タンク10の上部に設けられた空気出口32と、内壁11と外壁12との間の中空部Sに設けられ、空気入口31と空気出口32とを連通する螺旋状の通路を形成する整流板33とを有している。
In the present embodiment, as a temperature control mechanism for controlling the temperature of the regenerant inside the
このような空気流通手段30により、例えば、外気温や直射日光の影響により中空部S内の空気が高温になった場合にも、そのような空気をタンク10の上部へと移動させて外部へと排出することが可能になり、タンク10の再生剤の温度を適切に管理することが可能になる。なお、空気入口31または空気出口32に送風機などを設置して中空部S内に空気を強制的に導入してもよいが、そのための電源が別途必要になることから、空気を強制的に導入する場合、例えば、ダクトなどを用いてイオン交換樹脂塔2が設置された建屋内の空調空気を導入することが好ましい。
With such an air flow means 30, even when the air in the hollow portion S becomes hot due to the influence of the outside air temperature or direct sunlight, for example, such air is moved to the upper part of the
再生剤の温度管理機構としては、水冷によるものも考えられるが、そのためには、タンク10の中空部S内に配管を設置する必要があり、タンク10のコストアップと重量増につながるおそれがあり、経年劣化による水漏れ対策も必要になる。また、冷却水を循環させるためのポンプが必要になるだけでなく、本実施形態で用いられるタンク10は、容量が10000L以上と非常に大型であるため、大量の冷却水も必要になる。このような観点から、本実施形態のように、中空部S内の空気を流通させることでタンク10内部の再生剤の温度管理を行うことが好ましい。
As a temperature control mechanism for the regenerant, water cooling may be considered, but for that purpose, it is necessary to install a pipe in the hollow portion S of the
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態に係る超純水製造装置の概略構成図である。本実施形態は、第1および第2の実施形態に対して追加的に適用可能な実施形態であり、したがって、説明は省略するが、第1の実施形態の遮熱材や第2の実施形態の空気流通手段が本実施形態の再生剤供給装置に設けられていてもよい。
(Third Embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an ultrapure water production apparatus according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is an embodiment that can be additionally applied to the first and second embodiments. Therefore, although the description thereof is omitted, the heat shield material of the first embodiment and the second embodiment The air flow means of the above may be provided in the regenerator supply device of the present embodiment.
本実施形態の再生剤供給装置3は、再生剤の温度管理機構として、熱交換器41、温度センサ42、および排水バルブ(排水手段)43を有している。熱交換器41は、配管20のうちイオン交換樹脂塔2が設置された建屋内、具体的には、建屋と屋外との境界付近に設けられ、再生剤を冷却する機能を有している。温度センサ42は、配管20のうち熱交換器41より下流側に設けられ、配管20内を流れる再生剤の温度を検出する機能を有している。排水バルブ43は、温度センサ42よりもさらに下流側に設けられ、温度センサ42の検出結果に基づいて、配管20内を流れる再生剤を外部に排出する機能を有している。具体的には、排水バルブ43は、再生剤の温度が所定の温度以上のときには、再生剤を外部(例えば、酸中和槽など)に排出し、再生剤の温度が所定の温度未満のときには、再生剤をそのままイオン交換樹脂塔2に供給するようになっている。
The regenerating
超純水製造装置1では、タンク10や配管20以外の他の部材の接液面にも同様のライニングが施されており、そのようなライニングからも、高温の再生剤(酸)との接触による金属成分の溶出量増加が同様に発生する可能性がある。これに対し、本実施形態では、上述のような構成により、タンク10や配管20以外の他の部材に施されたライニングに高温の再生剤が接触することを抑制することができ、すなわち、そのような部材からの金属成分の溶出量を可能な限り低減することができる。その結果、超純水製造装置1で製造される超純水中の金属濃度を可能な限り低減することが可能になる。
In the ultrapure
熱交換器41の冷却媒体としては、地下水を用いることが好ましいが、地下水に含まれる硬度成分やシリカの析出によって熱交換器41が閉塞する可能性があるため、例えば、半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセス内での循環水を用いてもよい。
Groundwater is preferably used as the cooling medium for the
1 超純水製造装置
2 イオン交換樹脂塔
3 再生剤供給装置
10 タンク
11 内壁
12 外壁
13 遮熱材
20 配管
21 内管
22 外管
23 遮熱材
30 空気流通手段
31 空気入口
32 空気出口
33 整流板
41 熱交換器
42 温度センサ
43 排水バルブ
S 中空部
1 Ultrapure
Claims (11)
屋外に設置され、前記再生剤を貯留するタンクと、
前記タンクと前記イオン交換樹脂塔を接続する配管と、
前記タンクから前記配管を通じて前記イオン交換樹脂塔に供給される前記再生剤の温度を管理する温度管理機構と、を有する再生剤供給装置。 A regenerator supply device that supplies a regenerator that regenerates the cation exchange resin to an ion exchange resin tower filled with a cation exchange resin.
A tank that is installed outdoors and stores the regenerant,
A pipe connecting the tank and the ion exchange resin tower,
A regenerating agent supply device including a temperature control mechanism for controlling the temperature of the regenerating agent supplied from the tank to the ion exchange resin tower through the piping.
前記遮熱材が、前記内壁と前記外壁との間に配置されている、請求項2に記載の再生剤供給装置。 The tank has a double wall structure including an inner wall and an outer wall.
The regenerative agent supply device according to claim 2, wherein the heat shield is arranged between the inner wall and the outer wall.
前記遮熱材が、前記内管と前記外管との間に配置されている、請求項5に記載の再生剤供給装置。 At least the part of the pipe arranged outdoors has a double pipe structure composed of an inner pipe and an outer pipe.
The regenerative agent supply device according to claim 5, wherein the heat shield is arranged between the inner pipe and the outer pipe.
前記温度管理機構が、前記タンクの前記内壁と前記外壁との間に空気を流通させる空気流通手段を有する、請求項1に記載の再生剤供給装置。 The tank has a double wall structure including an inner wall and an outer wall.
The regenerative agent supply device according to claim 1, wherein the temperature control mechanism includes an air flow means for circulating air between the inner wall and the outer wall of the tank.
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